Учебное пособие 800427

и инструмента, самонастройки режимов обработки (адаптивного управления) позво-

ляет обеспечить работу во вторую и третью смену с минимальным участием обслу-

живающего персонала. Этот принцип получил название «безлюдной» технологии.

Связь одиночного ГПМ с ЭВМ верхнего ранга обычно отсутствует. Отдельные ГПМ, станки с ЧПУ при введении автоматизированного транспорта объединяются в ГПС, имеющие иерархическую структуру управления с центральной ЭВМ. Транспорт управляемый от ЭВМ, может не иметь жесткого маршрута и такта, которые опреде-

ляются текущей загрузкой оборудования. Обслуживание станков транспортной сис-

темой выполняется в очередности, определяемой ЭВМ. В зависимости от выполняе-

мых функций ГПС подразделяются на три группы. Самая высокая степень автомати-

зации предусматривает подсистемы технологической подготовки производства (АСУ ТП) и проектирования изделий (САПР).

Таблица 1.1. Терминология в области систем управления и производственных систем

Высокая гибкость (переналаживаемость) оборудования позволяет резко сокра-

тить объем незавершенной продукции цеха (завода), получить требуемую комплект-

ность деталей. Таким образом, гибкость оборудования существенна не только с точки зрения сокращения времени переналадки станков, но и с точки зрении повышения общей эффективности производства, сокращения численности обслуживающего пер-

сонала.

Разработка программного обеспечения приобретает все большее значение в общей проблеме автоматизации. Трудоемкость его создания возрастает с расширени-

ем задач управления и ростом вычислительной мощности ЭВМ на всех уровнях ие-

рархии управления. От состава ПрО в полной мере зависит технологические функции,

реализуемые УЧПУ. Системы ЧПУ станков различных классов могут иметь одинако-

вую аппаратную часть, но существенно отличаются технологическими ПрО. Сроки морального старения аппаратных средств микропроцессорных УЧПУ сокращаются, и

появляются новые конфигурации систем. Развитие идет по пути создания многопро-

цессорных систем с распределением функций между процессорами. При этом, естест-

венно, существенное изменение претерпевает ПрО. Жизненный цикл ПрО систем ЧПУ, так же как и других микропроцессорных систем, включает в себя три фазы: раз-

работка, использование, сопровождение (доработка и расширение).

Программное обеспечение УЧПУ и ЭВМ верхнего уровня ГПС делится на три основные части: инструментальное, системное, прикладное.

Инструментальное ПрО применяют в фазе разработки. В состав инструмен-

тального ПрО входят программы трансляторов с универсальных языков высокого уровня (Паскаль, Фортран и др.), а также программы общего назначения (текстовые редакторы, архивные системы, программы формирования документации, работы с дисками и т. д.).

Отладочные средства должны иметь развитое инструментальное ПрО. В его со-

став может входить имитационная модель ГПМ и УЧПУ. Для отладки ПрО УЧПУ обычно используют ЭВМ типа СМ или персональную ЭВМ (типа ДВК или др.). При этом необходимо иметь связь между ЭВМ и УЧПУ для отладки ПрО на последнем

этапе непосредственно со станком. Использование для этой цели промежуточных программ, выводимых с ЭВМ на перфоленту или другой вид программоносителя,

воспринимаемого УЧПУ, усложняет и удлиняет отладку ПрО,

Системное ПрО делится на две части: программы, создаваемые разработчиком микроЭВМ УЧПУ (аппаратный уровень), и программы, реализующие функции, об-

щие для всех групп станков. Основным элементом этой части системного ПрО явля-

ется операционная система (ОС) реального времени. ОС УЧПУ обеспечивает взаимо-

действие аппаратуры и функциональных программ ЧПУ, а также межпрограммное взаимодействие. В ОС и системное ПрО входят программные модули. Основные из них: ядро (обработка прерываний, временные отчеты, обмен сообщениями, запуск и задержка программ и т.д.); управление файловой системой; блок обработки аварий-

ных ситуаций; управление диалоговодисплейным монитором, блок управления теле-

графным каналом.

Важную часть системного ПрО образуют специализированные языки высокого уровня для разработки подпрограмм технологических циклов и управления электро-

автоматикой объекта.

Развитие вычислительных мощностей УЧПУ определило тенденцию развития языка технологических функций в направлении использования универсальных язы-

ков, например типа Паскаль, адаптированных к системе ЧПУ. К системе ПрО отно-

сятся также программные блоки управления следящим приводом, интерполяции, вво-

да и редактирования УП.

На базе системного ПрО строятся прикладные программы. Прикладное ПрО делят на две части: технологическое и функциональное. Технологическое ПрО вклю-

чает в себя подпрограммы типовых циклов функционирования оборудования, общие для различных моделей станков или ГПМ данной группы (например, фрезерных или токарных). Эта часть ПрО определяет конфигурацию УЧПУ в рамках имеющихся ап-

паратных средств.

Функциональное ПрО создают для конкретного станка. В него входят про-

граммы работы электроавтоматики станка, заданные на специализированном языке высокого уровня. Далее подробнее рассмотрен состав ПрО применительно к УЧПУ типа «Электроника МС 2101», вспомогательным признаком для классификации тех-

нологического ПрО является вид алгоритма, обеспечивающего формообразование

при обработке. Этот признак характерен также для УЧПУ со схемной реализацией ал-

горитмов.

Алгоритм позиционного управления обеспечивает автоматическое перемещение рабочего органа станка в координату, заданную программой, без обработки в процес-

се перемещения рабочего органа. Эти алгоритмы применяют в сверлильно-расточных и других станках, у которых обработка выполняется только после установки оси ин-

струмента в определенной координате. Перемещение инструмента от одной коорди-

наты к другой выполняется на ускоренных ходах. Траектория движения при переме-

щении из одной координаты в другую не задается и не требуется расчет эквидистан-

ты.

Контурные прямоугольные системы ЛУ применяют в станках, у которых обра-

ботка производится при поочередном движении по управляемым координатам и об-

рабатываемая поверхность параллельна (коллинеарна) направляющим данной коор-

динаты. В основном на станках применяют прямоугольные (декартовы) координаты,

и поэтому такие системы получили название прямоугольных. В этих системах так же,

как и в позиционных, программируются конечные координаты перемещения. Однако,

кроме того, в программе задается скорость движения в соответствии с требуемым ре-

жимом резания и необходим учет эквидистанты. В этих системах отставание или опе-

режение (рассогласование) по скорости привода координаты относительно запро-

граммированного значения не вызывает погрешности обработки, так как при этом ин-

струмент продолжает движение по заданной траектории. Прямоугольные системы ПУ применяют в станках фрезерной, токарной и шлифовальной групп.

Контурные {объемные} системы ПУ применяют в станках многих групп. Они обеспечивают формообразование при контурной и объемной обработке за счет одно-

временного согласованного движения по нескольким управляемым координатам. В

общем случае число координат может быть больше трех. Программа движений при-

водов подач по координатам рассчитывается исходя из заданной формы детали с уче-

том эквидистанты и режимов резания. Рассогласование привода подач может привес-

ти к погрешности обработки.

Контурные системы являются наиболее сложными как с точки зрения алгорит-

ма работы устройства ПУ, так и с точки зрения требований, предъявляемых к приводу подач.

Разновидностью контурных систем ПУ являются синхронные (или синфазные)

системы, применяемые в основном в зубообрабатывающих станках. Устройство ПУ задает постоянное соотношение скоростей по двум или большему числу координат-

ных осей станка, а формообразование обеспечивается за счет конфигурации инстру-

мента. Соотношение скоростей движения по осям задается программой и сохраняется на все время обработки данной детали. В большинстве случаев требуется обеспечение не только определенного соотношения средних скоростей движения по координатам,

но также сохранение величин рассогласовании (син-фазности) в приводах координат.

Обычно одна из координат станка (главный привод) является задающей, и на ней ус-

танавливают измерительный преобразователь, выполняющий функцию задающего генератора. Такой алгоритм управлении реализуется также в устройстве ПУ токарно-

винторезных станков для обеспечения режима нарезания резьбы.

Цикловые системы ПУ содержат в цифровом виде только информацию о цикле и режимах обработки, а величина перемещения рабочих органов задается настройкой упоров, воздействующих на путевые переключатели. Элементы циклового управле-

ния присутствуют в ГПС в сочетании с другими видами управления. В частности,

цикловое ПУ применяют для управления складом, манипуляторами, вспомогатель-

ным оборудованием. Цикловое управление реализуется обычно с помощью програм-

мируемых командоаппаратов (ПК). В сочетании с УЧПУ ПК применяют для управ-

ления ГПМ, причем в ПК предусматривается также возможность позиционного управления приводом. В этом случае величина перемещения задается от устройства ЧПУ или ЭВМ верхнего уровня ГПС, имеющих канал связи с ПК.

Классификация структур управления ГПС. Систему управления ГПС можно разделить на несколько иерархических уровней. Число таких уровней зависит от ис-

полнения ГПС и степени декомпозиции (детализации). На нижнем уровне находится микропроцессорное устройство программного управления станком, роботом, измери-

тельной машиной или ПК для управления накопителем, складом, транспортом и т. д.

Следующий вышестоящий уровень образует концентратор каналов связи от устройств нижнего уровня. Концентратор может быть выполнен в виде ПК или мик-

роЭВМ. Третий уровень образует вычислительный комплекс ГПС и четвертый – ЭВМ цеха (завода). Функции, выполняемые указанными уровнями, приведены в табл. 1.2, а классификационный граф структур ГПС - на рис. 1.5. В зависимости от сложно-

сти ГПС н степени автоматизации часть уровней может отсутствовать. В наиболее простой ГПС, состоящей из сдвоенных ГПМ, присутствуют только два уровня x1 и x2

(двоичный номер 0101).

В состав сдвоенных ГПМ (рис. 1.6.) входят загрузочно-транспортная система с автоматической тележкой, накопители палет, склад инструментов с портальным роботом, обслуживающим оба ГПМ, и пункт управления с ЭВМ (на рис. 1.6 не показан), имеющий канал связи с УЧПУ ГПМ. Установку инструмента на размер и доставку его в магазин выполняет оператор. На сдвоенных ГПМ, так же как и в более крупных ГПС, выполняются задачи организации производства, подготовки, хранения и передачи УП в УЧПУ. Можно также выполнять подготовку УП на УЧПУ в режиме диалога.

К задачам организации производства откосятся: учет наличии инструмента и заготовок; подготовка программ обработки для УЧПУ; диагностика ГПМ; оперативное планирование и диспетчирование; управление передачей данных. Данные передаются по каналу к устройствам управления ГПМ, роботом и транспортом. Информация, необходимая для ручной настройки инструмента, выводится на дисплей. Обслуживание комплекса выполняется с пульта участка, позволяющего контролировать работу ГПС и вносить необходимые изменения через ЭВМ.

Наиболее простые ГПС в виде сдвоенных ГПМ относительно мало влияют на общий производственный процесс завода, и их называют «островками» автоматизации.

Таблица 1.2. Декомпозиция структур ГПС по уровням управления

ских устройств. Связь с измерительными устройствами.

На рис. 1.7 - 1.10 приведены модификации структур ГПС трех групп сложно-

сти, разработанные фирмой «Фанук» (Япония). В наиболее простом исполнении (рис. 1.7) ГПС имеет двухуровневую систему управления и состоит из пяти ГПМ, обслу-

живаемых роботами, ГПС имеет относительно малую гибкость и предназначена для обработки деталей серийного производства. Канал связи между УЧПУ н ЭВМ верх-

него ранга отсутствует. Имеется лишь возможность визуального телевизионного на-

блюдения за состоянием оборудования и ходом процесса обработки. Выбор УП, хра-

нящейся в памяти УЧПУ, выполняется с помощью кодирования палет, поступающих с автоматического склада. Склад и транспортная система (тележка с индуктивным управлением) автоматически управляются отдельной ЭВМ. Вычислительный ком-

плекс цеха выполняет функции интерактивного текущего планирования и визуализа-

ции работы оборудования (рис. 1.8). Задания на изменение плана в рамках имеющих-

ся УП реализуются через ЭВМ управления складом.

Рис. 1.5. Классификационный граф структур ГПС:

x0 – управляемое оборудование; x1-x4 – обозначение первого-четвертого уровней управления.

Пример трехуровневой полномасштабной ГПС приведен на рис.1.9. ЭВМ уча-

стка через концентратор связана стандартными каналами RS232C или RS422 с УЧПУ шести ГПМ. Частично электроавтоматика ГПМ управляется от ПК концентратора по соответствующему числу входов (выходов). ЭВМ склада и транспорта связана с ЭВМ участка через отдельный контроллер стандартным каналом RS232C. Этот же кон-

троллер служит для подключения к ЭВМ участка отдельной памяти, обеспечивающей хранение больших массивов данных, и специализированного устройства программи-

рования.

Рис. 1.6. Сдвоенные ГПМ:

1- паллета на стационарной площадке; 2 – инструментальный магазин; 3 – портальный робот для смены инструмента; 4 – горизонтальный фрезерно-

сверлильно-расточный ГПМ; 5 – тележка для доставки инструмента; 6 – паллета с обрабатываемой деталью; 7 – УЧПУ; 8 – свободная паллета; 9 – автоматическая тележка для паллет; 10 – дисплей с клавиатурой; 11 – прибор для настройки инструмента; 12шкаф электрооборудования ГПМ.

Рис. 1.7. Структура ГПС без дистанционного управления ГПМ:

1 – ЭВМ участка; 2 – печатающее устройства ЭВМ; 3 – графический дисплей; 4 – приемное телевизионное устройство; 5 – ЭВМ управления автоматическим складом и транспортной системой; 6 – автоматический склад; 7 – автоматическая тележка с дистанционным управлением; 8 – робот; 9 – стол с паллетами заготовок и деталей; 10 – ГПМ с УЧПУ; 11 – телевизионная камера; 12 – система управления роботом; 13 – система управления ГПМ.

Для передачи информации по каналам к ГПМ применен концентратор, выпол-

ненный на интеллектуальном контроллере со значительным объемом памяти. В

функции контроллера входит, кроме того, управление некоторыми вспомогательными

механизмами ГПМ и роботов (до 16 позиционных координат). Общее число входов-

выходов контроллера (ПК) 1500; оно может быть увеличено при установке дополни-

тельных блоков. ПК этого класса имеет стандартный интерфейс для подключения ка-

налов RS232C и до восьми оптоволоконных кабелей связи. Объем перепрограмми-

руемого постоянного запоминающего устройства (ППЗУ) командоаппарата позволяет

запрограммировать до 16 тыс. шагов, причем быстродействующий 16-разрядный

микропроцессор обеспечивает отработку программ в режиме 6 мкс/шаг. Эти ПК спе-

циально разработаны для выполнении функций концентраторов в многоуровневых

ГПС.

Рис. 1.8. Структурная схема основных функций системы управления ГПС:

1 – ЭВМ с интерфейсом для управления транспортными операциями; 2 – планирование, диспетчирование и наблюдение за производством; 3 – вывод оперативной информации на дисплей; 4 – вывод на печать; 5 – вывод текущей информации на дисплей; 6 – управление телевизионной системой; 7 – монитор.

Входящие в ГПС гибкие производственные модули предназначены для обра-

ботки корпусных деталей широкой номенклатуры. Модуль имеет устройства диагно-

стики и активного контроля. На основе их реализуются адаптивные режимы работы

различной степени самонастройки.

В транспортно-складскую систему входят: автоматический склад заготовок и

готовых деталей; автоматические транспортные тележки, связывающие склад с про-

изводственными ячейками; промежуточные накопители для обмена заготовками и

обработанными деталями. Доставка заготовок со склада может выполняться по де-

терминированной программе в соответствии с планом загрузки ГПМ или по запросам

ГПМ.